孔凡青，梁舒汀，崔文彥

(海河流域水環(huán)境監(jiān)測中心，天津 300170)

突發(fā)性水環(huán)境風險事件對經(jīng)濟、社會、生態(tài)環(huán)境及人民的生產(chǎn)生活均造成極大的威脅。隨著我國城鎮(zhèn)化與工業(yè)化進程的持續(xù)推進，水污染事件呈現(xiàn)高發(fā)的態(tài)勢[1]。本研究以海河流域的重要子流域永定河流域為例，提出了流域陸域控制單元劃分的方法，構(gòu)建了以陸域控制單元為基礎的流域突發(fā)水污染風險等級評價指標體系，并開展了風險等級評價，繪制了永定河流域突發(fā)水污染風險等級圖，以期為有效應對區(qū)域突發(fā)水污染事件，保護水資源和水環(huán)境，以及人民的生命和財產(chǎn)安全提供技術(shù)支持和決策借鑒。

1 流域陸域控制單元的劃分

陸域控制單元作為流域水質(zhì)目標管理多層次體系“流域-區(qū)域-控制單元”中的一個組成層次[2]，可作為流域復雜水環(huán)境問題的基礎單元。由于陸域控制單元劃分時需充分考慮小流域的完整性及河流的上下游關(guān)系，可作為流域水污染防治和風險管理的重要單元。

水文單元的劃分是通過GIS(Geographic Information System)手段，以永定河流域為例，首先基于該區(qū)域的數(shù)字高程模型(DEM)，如圖1所示，利用水文分析模塊提取子流域邊界。通過永定河流域DEM數(shù)據(jù)可知，永定河流域大部分屬于山區(qū)。子流域劃分后，與DEM數(shù)據(jù)共同作為輸入數(shù)據(jù)，根據(jù)河流水系的實際情況進行修正，并在Arc-SWAT中的匯水單元的節(jié)點進行定位標注。進一步劃分剪裁獲取永定河流域數(shù)字河網(wǎng)圖，如圖2所示。根據(jù)行政區(qū)劃與子流域融合原則和便于管理原則，永定河流域共劃分出109個陸域控制單元，如圖3所示。

圖1 永定河流域數(shù)字高程圖

圖2 永定河流域數(shù)字河網(wǎng)圖

圖3 永定河流域109個陸域控制單元分布圖

2 環(huán)境風險源的識別

環(huán)境風險源主要指事故發(fā)生后對環(huán)境和人群產(chǎn)生影響的單元或?qū)ο骩3]。從風險的源頭去規(guī)避突發(fā)重大突發(fā)性環(huán)境污染事件的發(fā)生，是防范環(huán)境突發(fā)事件的有效途徑，這就要求對可能導致突發(fā)環(huán)境事件的風險源進行科學識別、分類分級和有效管理，這也符合當前環(huán)境風險防范的需求。

2.1 環(huán)境風險源的調(diào)查

為全面摸清環(huán)境風險源情況，需對該區(qū)域環(huán)境風險源基本情況進行調(diào)查。

(1)環(huán)境風險源基本情況：包括企業(yè)的名稱、所屬行業(yè)、企業(yè)位置，企業(yè)生產(chǎn)或使用的危險物質(zhì)類型和數(shù)量，掌握風險源的總體分布概況。

(2)危險物質(zhì)：是對企業(yè)生產(chǎn)或使用的主要危險物質(zhì)的調(diào)查，主要參考GB 12268—2005《危險貨物品名表》。

(3)周邊環(huán)境狀況：主要針對的是風險源場界內(nèi)的環(huán)境敏感點和工業(yè)企業(yè)的調(diào)查等。

2.2 環(huán)境風險源分類與分級

環(huán)境風險源的分類方式有多種，包括基于環(huán)境受體的分類方法、基于物質(zhì)狀態(tài)的分類方法、基于傳播途徑的分類方法等[4]。然而，目前國內(nèi)尚未形成統(tǒng)一的環(huán)境風險源分類分級方法。

風險源所屬的行業(yè)類別與風險源的危險性關(guān)系較大。考慮本研究區(qū)域的實際情況，參照曲常勝及宋雅珊等人的研究[5- 6]，確定風險源所屬行業(yè)類別，作為風險源危險性的一個重要評價指標。風險源的分級方面，根據(jù)化學品環(huán)境風險源危險物質(zhì)的種類、危害等和及發(fā)生突發(fā)事故后的后果程度，將風險源分為重大、較大、一般和輕微風險源四個等級。

3 突發(fā)水污染風險等級圖繪制

在對陸域控制單元劃分和流域污染源進行識別的基礎上，通過構(gòu)建流域突發(fā)水污染風險評價指標體系及指標體系中各指標的計算，對控制單元存在的風險進行量化，可以更加深入和直觀地了解風險的內(nèi)容和程度，并使事故發(fā)生后采取的處置措施更具有針對性和可操作性。

3.1 風險等級評價指標體系構(gòu)建

突發(fā)水污染風險等級評價指標體系的構(gòu)建是流域突發(fā)水污染風險評價的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。風險等級劃分和評價的核心在于指標的選取、賦值和標準值的建立。建立突發(fā)水污染風險等級評價指標體系是風險等級劃分和評價的基礎。

基于壓力-狀態(tài)-響應(P-S-R)理論，綜合國內(nèi)外研究成果[7- 9]，以陸域控制單元為基礎，將單元內(nèi)的風險(R)表示為區(qū)域危險性(C)、風險發(fā)生的概率(P)和區(qū)域受體的脆弱性(V)三者的乘積。即：

R=C·P·V

(1)

式中，R—風險；C—危險性或后果嚴重性；P—風險發(fā)生的概率；V—風險受體的脆弱性。

評價指標體系中，目標層為突發(fā)水污染風險等級評價；主題層為風險等級計算的3個要素，即危險性或后果嚴重性、風險發(fā)生的概率和風險受體的脆弱性；指標層的設置主要根據(jù)主題層的內(nèi)涵和組成要素，且考慮風險源危險程度的影響因素以及描述系統(tǒng)狀態(tài)和變化建立的?；诖藰?gòu)建出永定河流域突發(fā)水污染風險等級評價指標體系，如圖4所示。

圖4 永定河流域突發(fā)水污染風險等級評價指標體系

3.2 流域突發(fā)水污染風險等級計算

3.2.1危險性或后果嚴重性計算

經(jīng)數(shù)據(jù)收集和現(xiàn)場調(diào)查，永定河流域共篩選出風險源69個，劃分為化學原料及化學制品制造業(yè)、食品飲料加工制造業(yè)、黑色金屬冶煉及壓延加工業(yè)等12個行業(yè)類別(I1)，并分別統(tǒng)計風險源的規(guī)模信息(I2，包括注冊資金、年銷售額等)。風險源與河流的距離(I3)主要基于Arc-GIS中的距離測算(near)和測量(measure)工具，獲得各相應排入河流的距離。風險源影響范圍(I4)是指風險源產(chǎn)生的污染物隨著河流遷移擴散到下游陸域控制單元，對下游單元產(chǎn)生的影響。基于

F=∑Ci(i=1，2，3……n)

(2)

Ci=C0×e-0.000045x

(3)

式中，Ci—上游風險源對陸域控制單元的影響得分；n—上游風險源數(shù)量；C0—上游風險源得分；x—河流長度，m；F—對受上游風險源影響得分。

此外，對于移動風險源，本研究將其概化處理，設置沿河公路長度(I5)和過河橋梁個數(shù)(I6)兩個指標，代表移動風險源發(fā)生風險事故的概率。

3.2.2風險控制能力計算

區(qū)域風險控制機制及控制水平，從一定程度上可以代表控制和阻礙環(huán)境風險源與環(huán)境風險受體接觸的能力。本研究選擇突發(fā)事故防范能力(I7)、區(qū)域人均GDP(I8)、事故應急響應能力(I9)等3個指標對危險控制能力進行評價。突發(fā)事故防范能力主要從風險源內(nèi)部風險控制機制，是否發(fā)生過環(huán)境事故等進行統(tǒng)計；區(qū)域人均GDP數(shù)據(jù)主要從陸域控制單元所在行政區(qū)的經(jīng)濟社會統(tǒng)計年鑒獲取，按與危險控制能力呈正相關(guān)進行數(shù)據(jù)處理；事故應急響應能力指標主要設置事故應急響應的時間和是否具備獨立應急響應能力兩個評價要素進行劃分。

3.2.3脆弱性或敏感性計算

脆弱性或敏感性主要考慮突發(fā)水污染事件危險的潛在承受體，包括風險因子在傳輸、轉(zhuǎn)運過程中，可能受到影響的村鎮(zhèn)、人群或生態(tài)系統(tǒng)等。其中，受影響村鎮(zhèn)面積(I10)和受影響耕地面積(I11)主要統(tǒng)計河道兩側(cè)2km內(nèi)的村鎮(zhèn)和耕地面積。受影響水功能區(qū)類別(I12)即陸域控制單元內(nèi)水功能區(qū)的水質(zhì)目標，水質(zhì)類別要求越嚴格，該單元越敏感。河流級別(I13)即單元內(nèi)的河流為干流、一級支流或二級支流等，級別越高，風險傳導至下級水體的機率越大，敏感性越高。

3.2.4突發(fā)水污染風險分級

對指標體系中的各指標均設置為4個等級，并對各陸域控制單元的指標數(shù)據(jù)統(tǒng)計，采用模糊綜合評價法和最大隸屬度原則，可獲得各指標的評價等級。同理可獲得各陸域控制單元各主題層等級結(jié)果如圖5所示。

3.3 突發(fā)水污染風險等級圖繪制

依據(jù)環(huán)境風險在時間上的演替和空間上的分布規(guī)律，對其進行區(qū)域差異性和一致性的劃分，且區(qū)劃單元滿足單元內(nèi)相似性最大，而單元間差異性最大的特點，確定各單元之間的等級從屬關(guān)系。根據(jù)所研究區(qū)域3個主題層的評價結(jié)果，使用特定的方

圖5 永定河流域突發(fā)水污染風險等級各主題層評價結(jié)果

法將評價結(jié)果進行處理得到該區(qū)域的風險等級分區(qū)，將風險等級反映在所研究區(qū)域的地理區(qū)劃中即得到該區(qū)域的風險等級圖。

風險大小往往用期望值代替概率分布或?qū)τ嘘P(guān)的量進行數(shù)學組合[10]。根據(jù)突發(fā)水污染風險計算的公式，在3個主題層等級評價的基礎上，借助風險等級矩陣可得到每個陸域控制單元的風險等級。風險矩陣有多種形式，本研究中危險性等級和脆弱性等級都劃分為4個風險等級[11]，如圖6所示。具體計算時，先將陸域控制單元的危險性和危險控制能力等2主題層進行矩陣計算獲得等級結(jié)果，再將該等級結(jié)果與脆弱性主題層等級進行矩陣計算，即獲得該陸域控制單元的突發(fā)水污染最終風險等級。

圖6 風險等級矩陣分析圖

圖7 永定河流域突發(fā)水污染風險等級圖

綜合圖5的風險評價結(jié)果，利用風險矩陣分析，可得到永定河流域109個陸域控制單元風險等級，如圖7所示。可以看出，永定河流域多為較低風險區(qū)(49個陸域控制單元)，其次為較高風險區(qū)(30個陸域控制單元)，高風險區(qū)(9個陸域控制單元)和低風險區(qū)(21個陸域控制單元)較少?？臻g上看，大同、張家口等地市級城市突發(fā)水污染風險整體較高。

4 結(jié)語

本研究以永定河流域為例，主要介紹了突發(fā)水污染風險等級圖繪制的理論及方法，并形成以陸域控制單元為單位的流域突發(fā)水污染風險等級圖。突發(fā)水污染風險等級評價的結(jié)果對水污染的預警和處置，以及進一步制定風險防控技術(shù)方案都具有參考意義。然而，由于數(shù)據(jù)獲取方面的限制，風險等級圖繪制所采用的風險源資料(如移動風險源)以及評價指標體系中一些指標數(shù)據(jù)的統(tǒng)計范圍尚有待加強；風險控制能力主題層的評價多為風險源外部控制能力，在生產(chǎn)工藝流程等風險源內(nèi)部層面的控制能力考慮尚有不足，這也是今后開展突發(fā)水污染風險等級評價尚需完善之處。